¿INNOVAR?

¿Estamos innovando
en el tratamiento de
aguas?
Dr. Fernando Valero
E.T.I. Angel Barceló
18/2/2010
fvalero@atll.cat
abarcelo@atll.cat
www.atll.cat
¿INNOVAR?
MEJORA CONTÍNUA
CANTIDAD
U
EG
AS
R
RA
CALIDAD
CUMPLIR
LEGISLACION
CONTINUIDAD
AGUA DE LA MEJOR CALIDAD POSIBLE PARA EL CONSUMIDOR
1
¿INNOVAR?
MEJORA CONTÍNUA
RECURSO
ESTUDIOS
NUEVAS
TECNOLOGÍAS
PLANTAS
RED
LEGISLACIÓN
MEMBRANAS
SCADA
SUBPRODUCTOS
GIS
DESALACIÓN
REMINERALIZACION
RED DE ABASTECIMIENTO REGIONAL
.
Depósitos
--- Red existente
--- Red en construcción
ETAP
ETAP LLOBREGAT (ATLL)
ETAP SJD (AGBAR)
ITAM- Desalinizadora
ETAP BESÓS (AGBAR)
ETAP TER (ATLL)
ITAM TORDERA(ACA)
ITAM LLOBREGAT(ATLL)
2
RED DE ABASTECIMIENTO REGIONAL
Características generales
• Ámbito Ter
- Buena calidad que proviene del sistema de embalses Sau-SusquedaPasteral
- Problemas puntuales debido a episodios de algas
- A nivel organoléptico el agua de consumo de este orígen es la mejor
considerada
• Ámbito Llobregat
- Escaso e irregular caudal del río
- Elevada concentración de sales y materia orgánica
- Contaminaciones puntuales de microcontaminantes orgánicos e
inorgánicos.
• Sistema regional Ter-Llobregat
- Fragilidad del sistema para garantizar la calidad, cantidad y continuidad
CICLO GLOBAL DEL AGUA
RECURSO:
ríos, embalses, pozos, mar
SUBPRODUCTOS
R
ETAP/ITAM: TRATAMIENTO
E
RESÍDUOS
AGUA CONSUMO
DISTRIBUCIÓN EN ALTA
R E
R
DISTRIBUCIÓN A CONSUMIDOR
Reactivos
E
Energía
E
DEPURACION (EDAR)
REUTILIZACIÓN
R
INDUSTRIA
HOGAR
SUBPRODUCTOS
LEGISLACIÓN
RESÍDUOS
3
ETAP CONVECIONAL AVANZADA TRATAMIENTO TIPO A3
SUBPRODUCTOS
TRATAMIENTO
PARÁMETROS
ELIMINABLES %
(p.ej. Fe, Mn,
Metales pesados,
Mic. Orgánicos,
Materia orgánica,
Microbiología,..)
TRATAMIENTO
ESPECÍFICO
PARÁMETROS
DIFICILMENTE
ELIMINABLES
(compuestos
polares, sales solubles,
Cloruros, bromuros,
Sodio...)
MEMBRANAS
ÓSMOSIS
EDR...
€
?
COMPUESTOS NO
LEGISLADOS
(p.ej. Lista Prioritaria)
Marco legislativo
RD 927/1988
DIRECTIVA/98/83/
CE, POTABLES
DM 2000/60/CE
RDL 1/2001 Texto
Refundido de la
ley de Aguas
Transposición
Art. 129 de la Ley
62/2003
Transposición
RD 140/2003,
POTABLES
4
¿INNOVAR?
MEJORA CONTÍNUA
CONTROL RECURSO
5
¿INNOVAR?
MEJORA CONTÍNUA
PLANTAS (ETAPs+ITAM)
RED DE ABASTECIMIENTO REGIONAL
Estrategias de mejora
Tres soluciones inmediatas, basadas en tecnologías de membranas:
- Incluir una etapa de desalación por Electrodiálisis Reversible (EDR) con
Remineralización en la ETAP del Llobregat-Abrera (ATLL)
- Incluir una etapa de desalación por UF+OI con Remineralización en la
ETAP del Llobregat-Sant Joan Despí (AGBAR)
- Construir una desalinizadora (ITAM) en la cuenca del Llobregat que
incluye una etapa de Remineralización (ATLL).
Nuevas posibilidades de mezclas con efectos en la calidad
organoléptica del agua producto, que incluyen ajustes mediante las
etapas de remineralización
6
EVOLUCIÓN ETAPs MÁS DESTACADAS
ETAP SJD
AGBAR
ETAP TER
ATLL
ETAP LLOBREGAT
ATLL
ETAP BESOS
ITAM
CONV
FS X FC
PILOTS
FS+FC+O3
PILOT CONV
PILOT FC
FC
AGBAR
PILOT OI
PILOT EDR
PILOT NF
NF1
EDR
NF2
ATLL
AIGÜES PRAT
UF+OI
FS X FC
CONV
NF3
PILOT
AP+ATLL
UF+OI
STRIP
1955
1963
1966
1978
1980
1991
1992
1993
1995
1998
2002
OI
2004
2005
2006
2008
2009
ACTUAL
PLANTA
TIPO (2010)
m3/s
ETAP SJD
AGBAR
5,5
ETAP TER
ATLL
8
CONVENCIONAL AVANZADO
ETAP LLOBREGAT
ATLL
4
CONVENCIONAL AVANZADO + MEMBRANAS
AGBAR
0,37
MEMBRANAS
ATLL
2
MEMBRANAS
AP+ATLL
0,3
ETAP BESOS
ITAM
AIGÜES PRAT
CONVENCIONAL AVANZADO + MEMBRANAS
STRIPPING+ MEMBRANAS
ETAP Sant Joan Despí
Tratamiento convencional avanzado
• Proceso principal:
Tratamiento convencional avanzado
con incorporación de recurso
complementario de agua subterránea
> 2009 nueva etapa membranas
con Remineralización
> 2009
50% caudal
Coagulante
Floculante
Máx. 5.5 m3/s
UF
OI
REM
Cl2
Río
Llobregat
ClO2
Coagulación Decantación. Filtración
Arena
Floculación
O3
Filtración
CAG
Cl2
Agua Subterrá
Subterránea
7
ETAP TER
Tratamiento convencional avanzado
• Proceso principal:
Tratamiento
convencional
avanzado
Máx. 8m3/s
Tamices
KMnO4
O2
NaClO
ITAM
TORDERA
VERANO 2010
Cl2/ClO2
600.000
m3
Sistema
embalses
Coagulación
Sediment.
Coagulante
Filtración
CAG Cl2
Cl2
ETAP TER
Tratamiento convencional avanzado
8
ETAP TER
Tratamiento de Fangos: 2007
- vertedero
- cementera
Instalaciones Fotovoltaicas: 2009
ETAP LLOBREGAT-Abrera
Tratamiento convencional avanzado
y nueva etapa de desalación por EDR
> Julio 2008
Proceso alternativo o complementario:
Tratamiento convencional
CO2
COAGULANTE
Floculante
KMnO4
2.3
ClO2
m3/s
Cl2
Cl2
Río
Llobregat
CO2
Coagulación DEC.
Floculación
Filt.
Arena
Filt.
CAG
Máx. 4 m3/s
Ampliación colector salmueras
Tratamiento de Fangos: 2009
Instalaciones Fotovoltaicas: 2009
EDR
REM
1.7 m3/s
9
ITAM-DESALINIZADORA de la cuenca del Llobregat
• TecnologÍa de membranas con
MF+OI y Remineralización
> Verano 2009
COAGULANTE
NaClO
Floculante
Reductor
NaClO Antiincrustante
CO2
ClO2
Mar
abierto
H2SO4
Flotación
Filt. 1
bicapa
Filt 2.
bicapa
MF + OI
REM
Máx. produción 2 m3/s
ETAP AIGÜES DEL PRAT
Tratamiento avanzado con aireación y O.I.
Esquema general de la ETAP Sagnier y de la ETAP Mas Blau
10
CIERRE DEL CICLO
¿INNOVAR?
MEJORA CONTÍNUA
RED DE ABASTECIMIENTO
11
SCADA
(Recurso, Plantas y RED)
GIS
12
Inspección de Tuberías
Presurizadas en Operación
ELECTROCLORACIÓN
Rectificador
Agua de
servicio
Producción “in situ” de
hipoclorito sódico al 0,8%,
a partir de sal común y
agua,
aplicando
una
corriente eléctrica.
H2
Descalcificador
Depósito
Salmuera
30%
3%
HCl
15%
Célula electrolítica
Sal común
en pastillas
Depósito
Hipoclorito
0.8%
f(t)
Dosificación
13
EJEMPLO
Desalinizadora de la cuenca del Llobregat
Desalinizadora de la cuenca del Llobregat
14
CAPTACIÓN E IMPULSIÓN DE AGUA DE MAR
CAPTACIÓN E IMPULSIÓN DE AGUA DE MAR
15
CAPTACIÓN E IMPULSIÓN DE AGUA DE MAR
IMPULSIÓN DESALINIZADORA – DEPÓSITO FONTSANTA
16
DISEÑO DE LA ÓSMOSIS INVERSA
1er paso OI. 10 bastidores
2º paso OI. 2 bastidores (T>23ºC)
- 230 tubos/bastidor
- 1.610 membranas/bastidor
- 78 tubos/bastidor
- 546 membranas/bastidor
Bomba 2º paso
Conversió: 45%
Bomba Alta P
- 10 unidades
- Q 856 m3/h
- ∆P 67 bar
- 2.150 kW
18.680 m3/h
2,50 bar
39.700 mg/l
12 a 25,5 ºC
Conversión: 85%
- 2 unidades
- Q 808 m3/h
- ∆P 11-16 bar
- 560 kW
Bomba booster
- 10 unidades
- Q 1.012 m3/h
- ∆P 3-6 bar
- 200 kW
8.400 m3/h
200 mg/l
10.280 m3/h
72.300 mg/l
Sistema de intercambio de
presión
- 23 unidades/bastidor
• 10 Bastidores de 1er paso, de 20.000 m3/día de producción unitaria
•Diseño: Boro < 1mg/l; Cl < 150 mg/l, TDS< 400 mg/l
• 2º paso para tratamiento parcial de permeado del 1er paso (eliminación de Boro) para
T>23ºC
RECUPERACIÓN DE ENERGÍA
Recuperación de energía mediante intercambiadores de presión
•
•
•
Aprovechamiento de la presión de la salmuera de rechazo de la
ósmosis inversa
Ahorro de cerca del 50% de la energía necesaria para la ósmosis
inversa
230 equipos de intercambio de presión (23 por bastidor)
5,84 kWh/m3
2.34 kWh/m3 (-53.5%)
17
TRATAMIENTO DE
EFLUENTES
DECANTACIÓN Y ESPESADOR DE FANGOS
SOBRENADANTES
(a salida salmuera)
EFLUENTE
ALMACENAMIENTO
DE FANGOS
DEPÓSITO FANGOS ESPESADOS
DESHIDRATACIÓN DE FANGOS
EFLUENTES:
•De Flotadores, Filtros y limpieza de la Ósmosis Inversa
TRATAMIENTO:
•Decantación, Espesamiento, Deshidratación y Evacuación de fangos
18
SUMINISTRO DE ENERGÍA
Acometida eléctrica a 220 kV
• Subestación eléctrica situada en la propia planta
• Potencia consumida 35 MW
• Alimentación a bombas de alta presión a 10 kV
RESUMEN CONSUMOS DE ENERGIA
Operación
kWh/m3
Bombeo captación
0,1750
4,45%
Pretratamiento
0,4891
12,44%
Ósmosis Inversa
2,7495
69,91%
Lavado Filtros
0,0328
0,83%
Bombeo agua producto
0,2611
6,64%
Bombeo efluentes
0,0137
0,35%
Reactivos
0,0034
0,09%
Tratamiento efluentes
0,0140
0,36%
Consumos comunes
0,0764
1,94%
Pérdidas
0,1180
3,00%
Total
3,9330
REMINERALIZACIÓN
LECHOS DE CALCITA DE FLUJO
ASCENDENTE Y ALTURA CONSTANTE
8
7
6
5
4
3
2
1
Diseño FCCA
19
ITAM-DESALINIZADORA de la cuenca del Llobregat
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Volumen de agua producido: 60.000.000m3/año
Nº membranas instaladas: 17.200 unidades
Longitud tuberías: 37.200 m
Longitud de cables instalados: 354 km
Nº válvulas instaladas: 2.753 unidades
Nº de bombas instaladas: 184 unidades
Nº crepinas (fondos filtros): 256.640 unidades
Cantidad hormigón utilizado: 47.534 m3
Cantidad de acero utilizado: 6.366.092 kg
Duración proceso tratamiento: captación-Fontsanta: 5.5h (Q
punta)
EJEMPLO
Optimización del tratamiento convencional y calidad del
producto.
Ejemplo de la formación y reducción de THMs.
20
Subproductos: THMs
Materia Orgánica
(TOC, UV, SUVA…)
+ Cl2
THMs
Tr
THMs
Bromuros
Tª
ETAP del Llobregat
120
108
106
100
80
64
74
60
40
20
0
2004
Salida ETAP
2005
Red
THMs
THMs
21
MEDIDAS DE PREVENCIÓN
Medidas
Desinfectantes
para reparar
Alternativos
contaminaciones
al cloro
R
E
C
U
R
S
O
Evitar
vertidos
AGUA
BRUTA
Medidas
Eliminación dede mantenimiento
(limpieza...) Rehabilitación red
precursores
doméstica
Optimización
Control del cloro,
(eliminación
del proceso
otros oxidantes
depósitos...)
RED
GRIFO
DISTRIBUCIÓN
CLIENTE
PROCESO
Eliminación THMs Minimización THMs
Eliminació THMs
(ej. Programas de en el punto de entrega
formados (CAG,
En el recurso
membranas...) ‘flushing’ y ‘scrapping’)
(p.ej. no usar cloro
Optimización
Eliminación THMs Eliminación THMs
para evitar algas)
en el punto de uso
del proceso
(‘stripping’)
MEDIDAS DE REPARACIÓN
MEDIAS DE REPARACIÓN en ETAP
1995: Etapa de FiltracióN per CAG con
reactivaciones periódicas
2001: Instalación de CAP
MEDIDAS DE PREVENCIÓ en ETAP
2003: Desinfectantes alternativos al cloro
2003: Optimización del proceso de coagulación-floculación
2004-06: Estudio piloto EDR
MEDIDAS DE PREVENCIÓN en LA RED DE ABASTECIMIENTO
2002: limpieza de depósitos
2004: disminución del tiempo de contacto
2005: Mezclas de agua de consumo en la Red
En estudio: Desinfectantes alternativos al cloro
22
1,2
12
0,9
9
0,6
6
0,3
3
mg/L Permanganat Potàssic //
mg/L Diòxid de clor
15
mg/L Clor
ETAP LLOBREGAT
DOSIS: DIOXID DE CLOR / PERMANGANAT POTÀSSIC / CLOR
1,5
0
0
2001
2002
Diòxid de Clor
2003
2004
2005
Permanganat Potàssic
Clor
THMs F.A.
10/05/2006
10/01/2006
10/09/2005
10/05/2005
10/01/2005
10/09/2004
10/05/2004
10/01/2004
10/09/2003
10/05/2003
10/01/2003
10/09/2002
10/05/2002
10/01/2002
10/09/2001
10/05/2001
10/01/2001
10/09/2000
10/05/2000
10/01/2000
400
350
300
250
200
150
100
50
0
ESTUDIO PILOTO EDR marzo 2004-junio 2006
FASE
INICI
FINAL
AIGUA
OBJECTIU
Hr. Acumulades
I
18/03/2004
18/04/2004
FS
Posada en servei
547
m3/s Produït acumul.
1.969
II
21/04/2005
02/06/2004
FC
Rendiments 1/2 etapes
1.346
4.846
III
08/09/2004
20/11/2004
FC
Rendiments , PFTHMs
2.194
7.898
IV
22/11/2004
03/05/2005
FS
Reactivació CAG
4.989
17.960
V
04/05/2004
30/05/2004
FC
Projecció Planta Industrial
5.400
19.440
VI
01/06/2005
01/06/2006
FC
Projecció Planta Industrial + RM
9.550
40.281
ANALÍTIQUES
TOTAL MOSTRES ESTUDI:
37
SORTIDA_EDR
37
SALMORRA_EDR
17
FASE VI
TOTAL DETERMINACIONS
BALANÇOS IÒNICS
3,6 m3/h producto
> 26 meses estudio
> 9.500 hr producción
> 40.000 m3
Nº
Nº
Nº
Nº
Nº
mostres
paràmetres
paràmetres
paràmetres
paràmetres
x mostra
FQ x mostra
ORGÀNICS x mostra
MICROBIOLOGIA x mostra
ANÀLISIS COMPLETS
Nº
Nº
Nº
Nº
Nº
mostres
paràmetres
paràmetres
paràmetres
paràmetres
x mostra
FQ x mostra
ORGÀNICS x mostra
MICROBIOLOGIA x mostra
PFTHMs
Nº
Nº
Nº
Nº
Nº
91
FILTRADA PER CARBÓ(ALIMENTACIÓ EDR)
mostres
paràmetres
paràmetres
paràmetres
paràmetres
4.579
17
51
53
53
0
0
6
12
133
53
75
5
14
x mostra
FQ x mostra
ORGÀNICS x mostra
MICROBIOLOGIA x mostra
56
5
0
5
0
23
Proceso de Electrodiálisis Reversible (EDR)
Fuente: General Electric Water & Process
Conclusiones de los estudios
… o se cambia el recurso…
… o se desala por EDR
- Es la técnica más robusta
- Es la técnica con mayor rendimiento hidraúlico
- Es la técnica más fácil de integrar en la ETAP actual
- Es la técnica más fácil de explotar
- Es una técnica que permite obtener un PFTHMs (48h, 25ºC) < 100 µg/L
que rinde mejor en verano (T alta)
Estudio II. Planta piloto industrial
%Reducción conductividad vs Temperatura
85%
75%
65%
55%
0
5
10
15
20
25
30
24
ETAP LLOBREGAT-Abrera
CO2
COAGULANTE
Floculante
KMnO4
2.3
ClO2
m3/s
Cl2
Cl2
Río
Llobregat
CO2
Coagulación DEC.
Floculación
Máx. 4 m3/s
Filt.
Arena
Filt.
CAG
EDR
REM
1.7 m3/s
25
-0,50
0,00
-1,00
Alimentació
29-07-08
17-06-08
05-03-08
29-01-08
11-12-07
23-10-07
18-09-07
17-07-07
12-06-07
02-05-07
27-03-07
Indice de Langelier
1,00
0,50
-1,50
-2,00
-2,50
Producte
26
Nº módulos de EDR
9
Líneas en paralelo por módulo
32
Etapas en serie por línea
2
Pilas membranas totales
9*32*2=576
Pares de células por pila
600
Nº total membranas
600*2*576=691,200
3
Caudal alimentación a la EDR
220,000 m /dia
Caudal agua producto EDR
200,000 m /dia
Caudal salmuera
3
3
2,000 m /dia
3
Caudal alimentación módulo
24,444 m /dia
Caudal producto módulo
22,222 m /dia
Conversión estimada EDR
3
90%
• 7 transformadores de 2.500kVA
• 180 km cables
• 2.330 válvulas automatizadas
• 4.300 equipos automatizados
• 12,000 señales
• 31.000 parámetros (digitales y analógicos)
comunicados entre el SCADA y PLC’s
Tratamiento de fangos
Instalaciones fotovoltaicas: 3,6 MW
Ampliación colector de salmueras
27
Desarrollos específicos para
Operaciones de O&M
TERMOGRAFÍA
DETECCIÓN DE VOLTAJE MULTIPUNTO
EDR MEGA
ESTUDIOS
PILOTO
ACTIVOS
20 m3/h
2 líneas independientes
EDR GENERAL ELECTRIC
28
¡¡¡INNOVAR A LA FUERZA!!!
Recuperación de recursos
Minimización de reactivos
Minimización y revalorización de residuos
Minimización de subproductos del proceso
Minimización de energía
Mejoras en O&M
Nuevos contaminantes
¡¡¡INNOVAR A LA FUERZA!!!
Prevención y control de riesgos
Seguimiento en el recurso de parámetros No Legislados,
• No Deseables,
• En estudio,
• Emergentes
- Microcontaminantes Lista Prioritaria Directiva Marco
- Orgánicos: Geosmina
- Bacterias: E. coli 0157, L. pneumophila
- Virus
- Parásitos: Giardia y Cryptosporidium
- Toxinas de algas
- ECD: Disruptores endocrinos
- PPCPs: Residuos de Fármacos,
Cosméticos y productos de higiene
29
FUTURO INMEDIATO
INNOVAR EN EL ENFOQUE DEL CONTROL SANITARIO DEL AGUA
PLANES SANITARIOS DEL AGUA (WATER SAFETY PLANS)
Aplicar el Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control (APPCC), de la
industria alimentaria, a la gestión del abastecimiento, desde la captación
hasta el grifo del consumidor, evaluando los riesgos asociados a cada uno
de los procesos y su funcionamiento tanto en situación normal como ante
incidencias.
30